DE2245063A1 - CIRCUIT UNIT WITH A FIELD EFFECT TRANSISTOR AND A BIPOLAR TRANSISTOR - Google Patents
CIRCUIT UNIT WITH A FIELD EFFECT TRANSISTOR AND A BIPOLAR TRANSISTORInfo
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Description
Western Electric Company, IncorporatedWestern Electric Company, Incorporated
New York, N. Y., USA Cheney 2New York, N.Y., USA Cheney 2
Schaltungseinheit mit einem Feldeffekttransistor und einem bipolaren TransistorCircuit unit with a field effect transistor and a bipolar transistor
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungseinheit mit einem Feldeffekttransistor, dessen Source- und Drainzonen durch einen Kanal getrennt sind und der mit einem bipolaren Transistor mit einer Emitter- und einer Basiszone kombiniert ist, wobei die Drainzone des Feldeffekttransistors gleichzeitig die Basiszone des bipolaren Transistors bildet.The invention relates to an integrated circuit unit with a field effect transistor, its source and drain zones are separated by a channel and combined with a bipolar transistor with an emitter and a base zone is, the drain zone of the field effect transistor at the same time forms the base zone of the bipolar transistor.
Feldeffekttransistoren weisen Source- und Drainenzoneri auf, die auf einer oberen Fläche eines Halbleiterplättchens gebildet sind, und die durch eine Kanalzone untereinander verbunden sind. Eine über der Kanalzone liegende Steuerelektrode steu-Field effect transistors have source and drain zones formed on an upper surface of a semiconductor die and which are connected to one another by a channel zone. A control electrode located above the channel zone controls
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ert den Strom durch den Kanal, um auf diese Weise nützliche Funktionen wie Verstärkung und Schalten auszuführen. Da die Stromleitung durch Ladungsträger einer einzigen Polarität geschieht, sind Feldeffekttransistoren vielfach auch als unipolare Bauelemente bekannt, um sie von Transistoren zu unterscheiden, die als bipolare Bauelemente bekannt sind. Sie sind vielfach auch unter der abgekürzten Form FET bekannt; und wenn die Steuerelektrode von der Kanalschicht isoliert ist, nennt man sie IGFET-Bauelemente (Insulated Gate Field Transistor, d.h. Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerlektrode).lets current flow through the channel to perform useful functions such as amplification and switching. Since the Current conduction happens through charge carriers of a single polarity, field effect transistors are often called unipolar Components are known to distinguish them from transistors known as bipolar components. they are often also known under the abbreviated form FET; and if the control electrode is insulated from the channel layer, they are called IGFET components (Insulated Gate Field Transistor, i.e. field effect transistor with an isolated control electrode).
Eine wichtige Form der integrierten Schaltungseinheit weist kombinierte bipolare und IGFET-Transistoren auf, wobei die Drainzone des IGFET gleichzeitig die Basiszone des bipolaren Transistors bildet. Z.B. kann in einem n- leitenden Plättchen der bipolare Transistor durch einen η -Emitter gebildet werden, der in eine p- leitende Basiszone eindiffundiert ist, die auch als IGFET-Drainzone dient. Der Kanal des IGFET ist der Teil des n- leitenden Plättchens zwischen der p- leitenden Basis des bipolaren Transistors und einer benachbarten p- leitenden Sourcezone. Derartige integrierte Schaltungseinheiten sind teilweiseAn important form of the integrated circuit unit has combined bipolar and IGFET transistors, with the drain zone of the IGFET at the same time the base zone of the bipolar transistor forms. For example, the bipolar transistor in an n-conducting plate can be formed by an η emitter, which is diffused into a p-conducting base zone, which also serves as an IGFET drain zone. The channel of the IGFET is the part of the n-conducting plate between the p-conducting base of the bipolar transistor and an adjacent p-conducting source zone. Such integrated circuit units are partial
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bekannt als bipolare IGFET's oder als 11BIGFET's".known as bipolar IGFET's or as 11 BIGFET's ".
Es ist manchmal erwünscht, bipolare IGFET-Schaltungseinheiten bei hoher Leistung und mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben. Es kommt natürlich vor, daß hohe Leistung bei einem Schaltungsentwurf als nicht wichtig betrachtet wird; wenn dies jedoch der Fall ist, ist ein hoher Wirkungsgrad besonders erwünscht, um die Ausgangsleistung maximal, die Erwärmung und andere aus einer hohen Verlustleistung resultierende schädliche Effekte dagegen minimal zu machen. Ein Weg zur Erlangung einer hohen Leistung ist der, daß man die Elektroden in Form von Streifen ausbildet und die Länge der Streifen erhöht. Der Wirkungsgrad ist jedoch immer' noch niedrig.It is sometimes desirable to have IGFET bipolar circuit units to operate at high power and with high efficiency. It happens, of course, that high performance in one Circuit design is not considered important; if this is the case, however, a high degree of efficiency is particularly desirable, to maximize the output power, the heating and other harmful resulting from a high power dissipation On the other hand, to minimize effects. One way to get high performance is to have the electrodes in Forms the shape of strips and increases the length of the strips. However, the efficiency is still low.
Das genannte Problem wird erfindungsgemäß durch eine Eingangs beschriebene Schaltungseinheit gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß der Feldeffekttransistor fingerförmig ineinander greifende und durch eine serpentinenförmige Kanalzone voneinander getrennte Source- Drainzonen aufweist, wobei eine Vielzahl von Drainzonenvorsprüngen zwischen die Sourcevorsprühge geschoben ist, und daß der bipolare Transistor eineThe problem mentioned is solved according to the invention by a circuit unit described at the beginning, which is thereby is characterized by the fact that the field effect transistor is interdigitated like a finger and through a serpentine channel zone having separate source-drain zones, wherein a plurality of drain zone projections between the source projections is pushed, and that the bipolar transistor is a
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Vielzahl von je eine Emitterzone aufweisenden bipolaren Transistorteilen umfaßt, wobei eine jede Emitterzone an einem verschiedenen Drainzonenvorsprung angeordnet ist.Large number of bipolar transistor parts each having an emitter zone wherein each emitter region is disposed on a different drain region protrusion.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ergebnisses besteht darin, daß eine bipolare IGFET-Schaltungseinheit verfügbar gemacht ist, die relativ hoher Leistung und mit relativ hohem Modulations wirkungsgrad der Emitterströme betrieben werden kann. Dies ist der Fall, weil der Strom vom Emitterstreife-n durch einen IG FE T-Kanalstrom moduliert wird, der auf beiden verlängerten Seiten des Emitterstreifens auftritt.A particular advantage of the result according to the invention is that a bipolar IGFET circuit unit is available is made, the relatively high power and operated with a relatively high modulation efficiency of the emitter currents can be. This is because the current from the emitter strip-n is modulated by an IG FE T channel current running on both elongated sides of the emitter stripe occurs.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Fig. 1 eine schematische Schaltungsdarstellung1 shows a schematic circuit diagram
einer Schaltungseinheit bekannter Art mit kombinierten bipolaren und Feldeffekttransistoren; a circuit unit of known type with combined bipolar and field effect transistors;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer integrierten SchalFig. 2 is a sectional view of an integrated scarf
tungsausführung der Schaltungseinheit der Fig. Ijexecution of the circuit unit of Fig. Ij
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Fig. 3 eine Draufsicht auf die integrierte SchalFig. 3 is a plan view of the integrated scarf
tungseinheit der Fig. 2;processing unit of FIG. 2;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäßeFig. 4 is a plan view of an inventive
Schaltungseinheit mit integrierten bipolaren und Feldeffekttransistoren, die mit hoher Leistung und hohem Wirkungsgrad betrieben werden können;Circuit unit with integrated bipolar and field effect transistors with high power and high efficiency can be operated;
Fig. 5 eine Ansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4; Figure 5 is a view taken along line 5-5 in Figure 4;
Fig. 6 eine Ansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 6 is a view taken along line 6-6 of FIG.
In Fig. 1 ist eine bekannte Schaltungseinheit mit einem Feldeffekttransistor 11 dargestellt, dessen Drainelektrode direkt mit der Basiselektrode eines üblichen bipolaren Transistors verbunden ist. Ein Grund für die Popularität der Schaltungseinheit nach Fig. 1 besteht darin, daß diese einfach auf ein einziges Halbleiterplättchen integriert werden kann, wie in den Fig. 1 shows a known circuit unit with a field effect transistor 11, the drain electrode of which is connected directly to the base electrode of a conventional bipolar transistor. One reason for the popularity of the circuit unit of FIG. 1 is that it can be easily integrated onto a single semiconductor die, as shown in FIGS.
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und 3 gezeigt ist, so daß man die Vorzüge eines einzigen elektronischen Bauelementes hat.and 3 is shown so that one can enjoy the benefits of a single electronic Component has.
Hinsichtlich Fig. 2 sind eine p- leitende Sourcezone 14 und eine p- leitende Drainzone 15 in ein n- leitendes Plättchen 16 diffundiert. Die Drainzone 15 bildet gleichzeitig die Basis eines bipolaren Transistors mit einer Emitterzone 17. Eine Kanalzone 19 ist durch den zwischen der Sourcezone 14 und der Drainzone 15 gelegenen Teil des n- leitenden Plättchens deffiniert. Eine Steuerelektrode 20 ist vom Kanal 19 durch eine isolierende Schicht 18 isoliert, und somit handelt es sich bei dem Feldeffekttransistor um einen IGFET. Der Volumenteil des Plättchens 16 bildet eine bipolare Kollektor zone, die mit einem Kollektorkontakt 23 kontaktiert ist, während Kontakte 21 und 22 einen Kontakt mit der Source- und Emitterzone bilden. Die Steuerelektroden-, Source-, Emitter- und Kollektoranschlüße sind in Fig. 2 mit G, S, E bzw. C bezeichnet und entsprechen gleichen Anschlüssen in Fig. 1.With regard to FIG. 2, a p-conducting source zone 14 and a p-conducting drain zone 15 are diffused into an n-conducting plate 16. The drain zone 15 simultaneously forms the base of a bipolar transistor with an emitter zone 17. A channel zone 19 is defined by the part of the n-conducting plate located between the source zone 14 and the drain zone 15. A control electrode 20 is insulated from the channel 19 by an insulating layer 18, and thus it is the field effect transistor around an IGFET. The volume part of the plate 16 forms a bipolar collector zone that contacts a collector 23 is contacted, while contacts 21 and 22 form a contact with the source and emitter zone. The control electrode, Source, emitter and collector connections are denoted by G, S, E and C, respectively, in FIG. 2 and correspond to the same Connections in Fig. 1.
Die Schaltungseinheit der Fig. 1 bis 3 stellt die einfachste Grundform der bipolaren IGFET-Schaltungseinheit dar, dieThe circuit unit of FIGS. 1 to 3 represents the simplest basic form of the bipolar IGFET circuit unit, the
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weiterhin modifiziert werden kann. Beispielsweise können Source- und Kollektorelektrode kurzgeschlossen sein, und zwar durch Verlängerung des Sourcekontaktes 21 bis zur Kollektorzone 16. IiI die Schaltungseinheit können andere Bauelemente integriert sein, und es können zahlreiche äußere Verbindungen hergestellt werden, um andere Betriebsarten zu erreichen. Für manche Anwendungen kann es notwendig sein, die dargestellte Schaltungseinheit mit relativ hoher Leistung zu betreiben. In diesem Fall ist gewöhnlieh ein hoher Wirkungsgrad erwünscht. · . ■ can still be modified. For example, the source and collector electrodes can be short-circuited, and by extending the source contact 21 to the collector zone 16. Other components can be integrated into the circuit unit, and there can be numerous external connections can be made to achieve other modes of operation. For some applications it may be necessary operate the circuit unit shown with relatively high power. In this case, high efficiency is usually desired. ·. ■
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können die Source-, Steuerelektroden- und Elektrodenzonen streifenförmig gemacht werden. Wenn man einen Betrieb bei höherer Leistung wünscht, wird man normalerweise die Länge der Streifen vergrößern. Der Schaltungseinheit haftet jedoch ein recht niedriger Wirkungsgrad an, da der IGFET-Strom vom Kanal 19 den von der Emitterzone 17 durch die Drain-Basis-Zone 15 geführten Emitterstrom nicht gleichmäßig moduliert. Betrachtet man Fig. 2, so neigt der IGFET-Strom vom Kanal 19 dazu, den von der Emitterzonenkante E ausgeschickten Emitterstroiri Wirkungsvoller zu modulieren alsAs shown in Fig. 3, the source, control electrode and electrode zones are made strip-shaped. If desires to operate at higher power, one usually will increase the length of the strips. However, the circuit unit adheres to a very low efficiency, since the IGFET current from channel 19 through that from emitter zone 17 the emitter current carried by the drain-base zone 15 is not modulated uniformly. Referring to Fig. 2, the IGFET current is sloping from the channel 19 to modulate the emitter stream sent out by the emitter zone edge E more effectively than
den von der Emitterzonenkante E . Diese Differenz in der Modulations wirkung kann bedeutend sein, da der Ejnitterstrom in solchen Strukturen von Natur aus vorherrschend von Zonen ausgeschickt wird, die in der Nähe der Emitterkanten liegen. Somit kann die relativ schlechte Modulationswirkung des aus der Nähe der Kante E emittierten Stromes zu einem beträchtlich reduzierten Gesamtwirkungsgrad führen.that of the emitter zone edge E. This difference in the modulation effect can be significant because of the ejnitter current in such structures is by nature predominantly sent out from zones which are in the vicinity of the emitter edges. Consequently The relatively poor modulation effect of the current emitted in the vicinity of the edge E can be considerable lead to reduced overall efficiency.
In den Fig. 4, 5 und ist eine erfindungsgemäße bipolare IGFET-Schaltungseinheit gezeigt, die zu einem Betrieb bei sowohl hoher Leistung als auch hohem Wirkungsgrad in der Lage ist. Das Bauelement der Fig. 4 bis 6 arbeitet prinzipiell in der gleichen Weise und ist zur Durchführung derselben elektronischen Funktionen in der Lage wie das der Fig. 1 bis 3. Steuerelektroden-, Source-, Emitter- und Kollektoranschlüsse G, S, E und C entsprechen gleichen Anschlüssen der Fig. 1 bis 3 und sind mit einem Steuerelektrodenkontakt 25, einem Sourcekontakt 26, einem E mitter kontakt 27 bzw. einem Kollektorkontakt 28 der neuen integrierten und bipolaren IGFET-Schaltungseinheit verbunden. Der Grundaufbau des Bauelementes kann wohl am Besten bei einer Betrachtung der Fig. 5 ver-In Figs. 4, 5 and is a bipolar IGFET circuit unit according to the invention which is capable of both high power and high efficiency operation. The component of FIGS. 4 to 6 works in principle in the same way and is electronic for implementing the same Functions capable of such as that of FIGS. 1 to 3. Control electrode, source, emitter and collector connections G, S, E and C correspond to the same connections of FIGS. 1 to 3 and are connected to a control electrode contact 25, a Source contact 26, an E middle contact 27 or a collector contact 28 of the new integrated and bipolar IGFET circuit unit. The basic structure of the component can probably best be seen by looking at FIG.
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standen werden, die eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 darstellt, und aus Fig. 6, die eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 darstellt.4, which is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 4, and FIG. 6 which is a sectional view along line 6-6 of FIG.
Es sei nun speziell auf Fig. 6 Bezug genommen. Ein n- leitendes Plättchen 30 wird so diffundiert, daß sich ein IGFET mit fingerförmig ineinander greifenden" und durch eine serpentinenförmige Kanalzone 33 voneinander getrennten p- leitenden Source- und Drainzonen 31 und 32 bildet. Dies führt zu ineinander geschobenen Source- und Drainzonenvorsprüngen. η Diffusionen definieren eine verlängerte Emitterzone 34 in jedem Drainzonenvorsprung. Referring now specifically to FIG. 6. An n-conductive plate 30 is diffused in such a way that an IGFET with interdigitated "and through a serpentine Channel zone 33 forms separate p-conducting source and drain zones 31 and 32. This leads to each other pushed source and drain zone protrusions. η diffusions define an elongated emitter zone 34 in each drain zone protrusion.
In Fig. 5 zeigt die Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. das, was eine Folge von bipolaren IGFET-Schaltungseinheiten zu sein scheint, obwohl es sich natürlich nur um eine einzige Hochleistungssehaltungseinheit handelt. Ein vorteilhaftes Ergebnis der Erfindung besteht darin, daß zu beiden Seiten·einer jeden Emitterzone 34 eine Kanalzone 33 vorhanden ist. Somit sind beide Ecken E1 und E einer jeden Emitterzone 34 dem Ka-In Fig. 5, the sectional view taken along line 5-5 in Fig. Shows what appears to be a series of IGFET bipolar circuit units, although it is of course only a single high power circuit unit. An advantageous result of the invention is that a channel zone 33 is present on both sides of each emitter zone 34. Thus, both corners E 1 and E of each emitter zone 34 are the channel
X.X. L·!L ·!
nal 33 benachbart, und der Emitterstrom aus diesen Zonen wirdnal 33 adjacent, and the emitter current from these zones becomes
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- 10 deshalb wirkungsvoll durch den IGFET-Kanalstrom moduliert.- 10 therefore effectively modulated by the IGFET channel current.
Wenn auch nur 3 Folgen der sich wiederholenden Struktur gezeigt sind, so kann man davon ausgehen, daß das gesamte Bauelement viel länger sein kann als gezeigt. Man kann auch erkennen, daß die Schaltungseinheit der in Fig. 4 gezeigten Art bei einer gegebenen Länge zu einer viel höheren Leistung fähig ist, als eine Schaltungseinheit der in Fig. 3 gezeigten Art mit derselben Länge. Der Grund dafür liegt im wesentlichen darin, daß die Kanallänge der Schaltungseinheit nach Fig. 4 viel größer als die der Version nach Fig. 3 ist. Aus den oben angegebenen Gründen ist der erfindungsgemäß zu erhaltende hohe Wirkungsgrad besonders erwünscht bei einem Bauelement mit der Fähigkeit zu hoher Leistung. Vorteilhafterweise können die gezeigten Strukturen bequem mit herkömmlichen integrierten Techniken hergestellt und mit deren äußerer Schaltungsanordnung verbunden werden. Die Emitterzonen 34 können Teil einer einzigen Diffusionszone sein, was für ein einfacheres Herstellungsverfahren erwünscht sein kann.If only 3 sequences of the repeating structure are shown, it can be assumed that the entire component can be much longer than shown. It can also be seen that the circuit unit of the type shown in FIG is capable of much higher performance for a given length than a circuit unit of the type shown in Fig. 3 with the same length. The reason for this is essentially that the channel length of the circuit unit according to FIG is much larger than that of the FIG. 3 version. For the reasons given above, that is to be obtained according to the invention high efficiency is particularly desirable in a device capable of high performance. Advantageously can the structures shown are conveniently made with conventional integrated techniques and with their external circuitry get connected. The emitter zones 34 can be part of a single diffusion zone, which is a simpler one Manufacturing process may be desirable.
Selbstverständlich kann der hier als "Plättchen" beschriebeneOf course, the one described here as a "platelet" can be used
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Halbleiterteil in Wirklichkeit eine auf einem. Halbleitersubstrat gezüchtete Epitaxialschicht sein.Semiconductor part in reality one on one. Semiconductor substrate be grown epitaxial layer.
Als typisches Beispiel kann das n- leitende Plättchen, oder alternativ die Epitaxialschicht, Silizium sein mit einer Dotierrate von 5 χ 10 bis 10 Träger/cm . Die p- Zonen können bis zu einer Tiefe von etwa 2 Mikrometer diffundiert sein undAs a typical example, the n-type plate, or alternatively the epitaxial layer will be silicon with a doping rate of 5 χ 10 to 10 carriers / cm. The p zones can diffused to a depth of about 2 microns and
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eine Dotierrate von 5 χ 10 Trägern/cm (200 Ohm pro Quadratfläche) aufweisen. Die η -Emitterstreifen und der Kollektorstreifen können eine Tiefe von 1, 6 Mikrometer und einea doping rate of 5 χ 10 carriers / cm (200 ohms per square area) exhibit. The η emitter strips and the collector strip can have a depth of 1.6 micrometers and one
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Dotier rate von 10 Trägern/ ein (5 bis 10 Ohm pro Quadratfläche) haben. Die IGFET-Kanallänge kann 6 Mikrometer sein. Selbstverständlich können andere Abmessungen und Leitfähigkeitswerte und entgegengesetzte komplementäre Leitungstypen verwendet werden.Doping rate of 10 carriers / one (5 to 10 ohms per square area) to have. The IGFET channel length can be 6 microns. Of course, other dimensions and conductivity values can be used and opposite complementary conduction types can be used.
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